(57)【要約】【課題】スループットを向上したプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】処理室の内側に配置された台上に載置された試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記台がその上部に設けられその上に前記試料と接する第１の部材とこの第１の部材の下方に配置される第２の部材とを有し、前記台の内側に配置されこの台の外周側及び中央側を各々第１及び第２の温度に調節する温度手段と、前記台の表面とこの表面に接する前記試料との間であって前記試料の外周側及び内周側を各々第１及び第２の圧力に調節する圧力調節手段とを備えたプラズマ処理装置。【選択図】図１
2006245621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室の内側に配置された台上に載置された試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
前記台がその上部に設けられその上に前記試料と接する第１の部材とこの第１の部材の下方に配置される第２の部材とを有し、
前記第２の部材の内側に配置され前記台の外周側の温度と中央側の温度とを独立して調節する温度調節手段と、前記第１の部材と前記試料との間であって前記試料の外周側と内周側とに独立して伝熱ガスを供給するガス供給手段とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
処理室の内側に配置された台上に載置された試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
前記台の内側に配置されこの台の外周側及び中央側を各々第１及び第２の温度に調節する温度調節手段と、前記台の表面とこの表面に接する前記試料との間であって前記試料の外周側及び内周側に供給される伝熱ガスを各々第１及び第２の圧力に調節する圧力調節手段とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記温度調節手段が、冷媒により温度調節を行なうものであり、
前記試料の処理のプロセスに対応した前記台の望ましい温度分布のデータを与える手段を有し、
前記処理プロセス進行に伴う前記温度分布の変化が所定値より大きいときは前記温度調節手段と前記圧力調節手段で前記温度分布の変化を補正する動作を行い、前記温度分布の差が所定値より小さいときは前記圧力調節手段で前記温度分布の変化を補正する動作を行なうプラズマ処理装置。
【請求項４】
処理室の内側に配置された台上に載置されその表面に複数層の膜を備えた試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
前記台がその上部に設けられその上に前記試料と接する第１の部材とこの第１の部材の下方に配置される第２の部材とを有し、
前記第２の部材の内側に配置され前記台の外周側の温度と中央側の温度とを独立して調節する温度調節手段と、前記第１の部材と前記試料との間であって前記試料の外周側と内周側とに独立して伝熱ガスを供給するガス供給手段と、取得した前記複数層の膜についての情報に基づいて前記温度調節手段及び前記ガス供給手段の動作を調節する制御手段とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項５】
処理室の内側に配置された台上に載置された試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
前記台がその上部に設けられその上に前記試料と接する第１の部材とこの第１の部材の下方に配置される第２の部材とを有し、
前記台の内側に配置されこの台の外周側及び中央側を各々第１及び第２の温度に調節する温度調節手段と、前記台の表面とこの表面に接する前記試料との間であって前記試料の外周側及び内周側に供給される伝熱ガスを各々第１及び第２の圧力に調節する圧力調節手段と、取得した前記複数層の膜についての情報に基づいて前記温度調節手段及び前記圧力調節手段の動作を調節する制御手段とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のプラズマ処理装置であって、
前記複数の膜のうち下方の膜についての情報に基づいて、上方の膜の処理の際の前記温度調節手段及び前記圧力調節手段の動作を調節する前記制御手段とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項４または５に記載のプラズマ処理装置であって、
前記温度調節手段が、冷媒により温度調節を行なうものであり、
前記試料の処理のプロセスに対応した前記台の望ましい温度分布のデータを与える手段を有し、
前記取得した前記複数層の膜についての情報に基づき、連続して処理される膜間の望ましい温度分布の差が所定値より大きいときは前記温度調節手段と前記圧力調節手段で前記温度分布の変化を補正する動作を行い、前記温度分布の差が所定値より小さいときは前記圧力調節手段で前記温度分布の変化を補正する動作を行なうプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセス等に使用されるプラズマ処理装置に係り、特に、半導体ウエハを載置するための試料台（保持ステージ）を備えたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子の高集積化に伴い、回路パターンは微細化の一途を辿っており、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。しかも、このとき、スループット向上、被処理物の大面積化への対応が要求されており、処理中における半導体ウエハの温度制御性が極めて重要なことになっている。
【０００３】
例えば、高アスペクト比(細くて深い溝)が要求されるエッチングプロセスにおいては、異方性エッチングが要求され、これを実現するため側壁を有機ポリマで保護しながらエッチングを行うプロセスが用いられるが、この場合、保護膜となる有機ポリマの生成が温度により変化する。このときエッチング処理中の半導体ウエハ面内の温度が不均一に分布していると、側壁保護膜の生成度合いがウエハ面内でばらつき、その結果エッチング形状も不均一となるという問題を生じる場合がある。
【０００４】
また、反応生成物がエッチング面に再付着しエッチングレートを低下させる場合があるが、この反応生成物は半導体ウエハ外周付近よりも半導体ウエハ中心で多い分布となり易く、この結果、半導体ウエハ中心では外周付近に比べてエッチングレートが低く、従って、半導体ウエハ面内のエッチング形状がウエハ面内でばらついてしまう。
【０００５】
これを改善するには、ウエハ中心付近の温度を外周付近よりも高くし、反応性生物のエッチング面への再付着を抑えることが有効である。従って、このように、プラズマエッチング中の半導体ウェハの温度は、面内で均一にするか、あるいは半導体ウェハの面内で任意に中央側を高く外周側を低くする温度分布にして反応生成物の分布による影響を抑えるようにウエハやステージの温度を調節することが必要となっている。
【０００６】
このような課題に対して、特許文献１には、静電吸着電極上に設けられた半導体ウエハの外周側（第１開口部）と中央側（第２開口部）とにそれぞれ伝熱用のヘリウムガスを流す２つのガス給排手段とを備えて、静電吸着電極とその上に載置される半導体ウエハとの間にそれぞれガス圧を調節されたヘリウムガスを供給する技術を開示している。また、特許文献２には、基板の外周側のリーク部とシール部とのそれぞれに個となる流量でヘリウムガスを供給して、基板にわたり一様な温度を維持する技術を開示している。
【０００７】
また、特許文献３には、基板を保持する基板支持体の上面を外周とその内側との２つのゾーンに分け、この２つのゾーンを異なるガス圧力にできるようこれらの間にシールを設けて、高い熱伝達を必要とする基板の領域に対応するゾーンに高い圧力のガスが供給される技術を開示している。
【０００８】
さらには、処理中の半導体ウエハの温度を調節するために、当該ウエハが載置される静電吸着電極（保持ステージ）の表面の温度を制御することにより実現する技術としては、例えば特許文献４に開示されている。
【０００９】
そして、この特許文献４では、保持ステージを構成する金属製の静電吸着用電極ブロック内に冷媒の流量を制御できる独立した複数個の冷媒流路を設け、電極ブロックの表面には誘電体膜を設けた構造となっている。
【００１０】
また、特許文献５では、半導体ウエハの面内温度分布を制御するために、静電吸着電極の内部に２系統の冷媒流路を同心円上に設け、外側の冷媒流路には相対的に低温の冷媒を、そして内側の冷媒流路には相対的に高温の冷媒を循環させる構造について開示している。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−２４９５８６号公報
【特許文献２】特開平９−１２９７１５号公報
【特許文献３】特開平１０−４１３７８号公報
【特許文献４】特開２０００−２１６１４０号公報
【特許文献５】特開平９−１７７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記各特許文献に記載の従来技術では、処理対象である試料を短時間で処理して、処理のスループットを向上するには、考慮が不十分であった。
【００１３】
すなわち、特許文献１、２、３に記載のものでは、試料とこれを支持する試料台（電極）との間に熱伝達のために供給されるガスを調節する、具体的にはそのガスの流量や圧力を調節することにより、試料と試料台との間の熱伝達量を制御して、所望の試料上の温度分布を実現しようとするものである。その熱伝達される熱は、試料の上方に形成されるプラズマが主な供給源となっている。このため、試料の温度分布は、この供給源の熱量によって左右され、熱量が小さい場合には試料の処理に求められる温度分布（温度差）を実現できなくなる虞がある。すなわち、実現できる温度の分布（温度差等）の範囲が小さいという問題点があった。
【００１４】
この点、特許文献４、５に記載のものでは、試料台内側の異なる箇所に異なる温度の冷媒、例えば液冷媒、を供給して温度分布を実現するものである。この方式は、熱源をプラズマ以外に有していることから、実現できる温度分布の範囲は、上記特許文献１、２、３に記載のものよりも大きくなる。しかしながら、これら冷媒により温度を調節する技術では、処理ステップ間の温度の変化が大きいとき、温度の変化が生じるまでの時間は特許文献１、２、３よりも時間がかかってしまう。つまり、設定温度が入力されて後試料台内を通流する冷媒の温度が変更され試料台との熱交換が平衡状態になるまでに所要する時間は、試料の処理は所望の状態にならないまま処理されるか、所望の温度となるまで処理を停止していなければならず、処理のスループットが低下してしまうという問題があった。
【００１５】
このような問題は、特に、同じ半導体ウエハに異なる処理条件が求められる複数の膜層が形成されるような試料を処理する場合に顕著となる。例えば、１つの膜を処理する半導体処理装置の運転条件（試料の処理条件）と残る少なくとも１つの膜を処理する運転条件が異なる場合で、これらの膜層を同じ形状でエッチングする処理の場合、前者の膜のエッチングが終了すると、半導体処理装置のエッチング処理の条件を異ならせてから後者の膜を処理することが必要となる。しかし、前者と後者の処理の条件を変更するまで半導体処理装置における処理を停止する時間が長い程、単位時間当たりの処理できる試料の数は低下してしまう。
【００１６】
本発明の目的は、温度制御性に優れ、かつ、スループットを向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、被処理物の大面積化に対応し、かつ、加工寸法精度の向上及びスループット向上を図ったプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は、処理室の内側に配置された台上に載置された試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記台がその上部に設けられその上に前記試料と接する第１の部材とこの第１の部材の下方に配置される第２の部材とを有し、前記第２の部材の内側に配置され前記台の外周側の温度と中央側の温度とを独立して調節する温度調節手段と、前記第１の部材と前記試料との間であって前記試料の外周側と内周側とに独立して伝熱ガスを供給するガス供給手段とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【００１９】
また、処理室の内側に配置された台上に載置された試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記台の内側に配置されこの台の外周側及び中央側を各々第１及び第２の温度に調節する温度調節手段と、前記台の表面とこの表面に接する前記試料との間であって前記試料の外周側及び内周側に供給される伝熱ガスを各々第１及び第２の圧力に調節する圧力調節手段とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【００２０】
また、処理室の内側に配置された台上に載置されその表面に複数層の膜を備えた試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記台がその上部に設けられその上に前記試料と接する第１の部材とこの第１の部材の下方に配置される第２の部材とを有し、前記第２の部材の内側に配置され前記台の外周側の温度と中央側の温度とを独立して調節する温度調節手段と、前記第１の部材と前記試料との間であって前記試料の外周側と内周側とに独立して伝熱ガスを供給するガス供給手段と、取得した前記複数層の膜についての情報に基づいて前記温度調節手段及び前記ガス供給手段の動作を調節する制御手段とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【００２１】
また、処理室の内側に配置された台上に載置された試料を前記処理室内に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、前記台がその上部に設けられその上に前記試料と接する第１の部材とこの第１の部材の下方に配置される第２の部材とを有し、前記台の内側に配置されこの台の外周側及び中央側を各々第１及び第２の温度に調節する温度手段と、前記台の表面とこの表面に接する前記試料との間であって前記試料の外周側及び内周側に供給される伝熱ガスを各々第１及び第２の圧力に調節する圧力調節手段と、取得した前記複数層の膜についての情報に基づいて前記温度調節手段及び前記圧力調節手段の動作を調節する制御手段とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
【００２２】
さらに、前記複数の膜のうち下方の膜についての情報に基づいてこの膜の上方の膜の処理の際の前記温度調節手段及び前記圧力調節手段の動作を調節する前記制御手段とを備えたことにより達成される。
【００２３】
本発明によれば、より高いスループットを実現できるプラズマ処理装置を提供できる。また、被処理物の大面積化に対応し、かつ、加工寸法精度の向上及びスループット向上を図ったプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、より高いスループットを実現できるプラズマ処理装置を提供できる。また、被処理物の大面積化に対応し、かつ、加工寸法精度の向上及びスループット向上を図ったプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。  
図１は、本発明のプラズマ処理装置に係る一実施の形態の構成の概略を示す図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に係る半導体ウエハ１０６を支持するステージとして使用される電極の構成を示す一部断面による斜視図である。なお、このステージは、一般に半導体ウエハを静電吸着してその保持を行うとともに、装置内で形成されてその振舞が誘電体（あるいは荷電粒子の源）として考えられるプラズマに対する電極としての動作を行うもので単に電極と呼ばれている。よって、以下、このステージ（試料台）を静電吸着電極とも記載する。
【００２６】
図１に示すプラズマ処理装置１００では、処理用ガス源１０５に蓄えられた処理用のガスを、所定のガス経路を介して、図示していない真空排気装置１０８により処理室１０３内のガスを排気して所定の圧力に減圧された処理室１０３の内側に導入する。ここで、処理室１０３内にはソレノイドコイル１０２により発生させた磁界による磁場と、電磁波透過窓１０４から導入されたマイクロ波、ＵＨＦ、ＲＦ等の電磁波１０１とが供給されており、これらの相互作用により上記処理室１０３内に導入された上記処理ガスがプラズマ化される。
【００２７】
また、処理室１０３の内側には、試料台１０７が設置されており、この試料台１０７上に、図示していないロボットアーム等による搬送手段によって試料１０６が載置される。さらに、試料台１０７には、後述するように、試料台１０７の温度を調節するための冷媒流路が１つ以上形成されており、この流路と冷媒供給ユニット５１及び５２とが接続されて流路内を冷媒が通流して、再びこれら冷媒供給ユニット５１、５１に戻って循環するように構成される。さらに、この冷媒の流路には流れる冷媒の温度を検知する検知センサが配置されており、この検知センサからの出力が伝達されて、冷媒供給ユニット５１、５２において冷媒の循環量や冷媒の温度が調節される。このようにして、試料台１０７は所定の温度の値あるいは温度の分布となるように調節される。
【００２８】
さらには、予めガス源１１５に蓄えられた、ヘリウム等のガスが導入用の管路からガスが、圧力調節機１１３及び１１４により所定の圧力に調節されて、試料台１０７表面と試料１０６の裏面との間に導入される。この導入されたガスは、試料１０６と試料台１０７との間の熱伝達を向上するために供給され、この結果、試料１０６の温度が調節される。
【００２９】
すなわち、試料１０６は、試料台１０７に設けられ静電気力によって試料１０６を吸着させる静電チャックによって試料台１０７の表面に保持される。しかし、これらの表面は非常に小さな凹凸を有しており、単にこれらが吸着した状態では、プラズマ等の熱源から試料１０６に伝達される熱を試料台１０７へ伝達するには不十分な場合がある。そこで、これらの間に熱伝導率を調節することのできるガスを導入することにより、試料６の温度を所望の値に調節する。
【００３０】
これらの熱伝達用のガスとしては、ヘリウムやアルゴン等の処理室１０３内での処理ガスの振舞に与える影響が小さく、単なる試料１０６と試料台１０７との接触のみの場合より熱伝達率が大きくなるガスが導入される。また、例えばヘリウムガスは試料１０６と試料台１０７との間での圧力を調節することにより熱伝達率を変更できる。すなわち、ガスの圧力を高くするに伴って熱伝達率が大きくなり、低くするに伴って熱伝達率が減少するという特徴がある。
【００３１】
１１６は伝熱ガス排気系統を構成する装置である。試料台１０７の内側には図示していないが静電吸着を行うための電圧が供給される電極が配置されており、この電極には静電吸着用の電源１０９が接続されており、この電源から後述するように上記の静電吸着させるための電極に電力が供給されて試料１０６は試料台１０７上に静電吸着されるとともに、圧力調節機１１３及び１１４によりその圧力が調節された伝熱ガス圧力よりも大きい力で試料１０６が試料台１０７上に保持される。
【００３２】
また、試料台１０７の内側に配置された図示していない別の電極にはバイアス電源１１７が接続され、この電極にバイアス電源１１７より上記バイアス用の電極にバイアス電圧が印加されることで、プラズマ中のイオンを試料に向けて引き込み試料を処理する。
【００３３】
本実施の形態では、装置の各センサや機器は、これらと接続されて信号を授受するコントローラ１１８により制御されている。このコントローラ１１８は、各センサからの出力を処理するとともに、使用者から入力された指令や設定データ、あるいは接続可能な記憶手段上にあらかじめ記憶された所定のデータ情報等のシーケンスパラメータに従って、上記機器を調節し、半導体製造装置の運転を調節する。上記シーケンスパラメータは複数あっても良く、これらをステップ状に繋げることができるものである。
【００３４】
そして、この実施形態に係る静電吸着電極である試料台１０７は、図２、３、４を用いて説明するように、その内側に冷媒又は温媒として働く流体(熱媒体)の流路が設けられ、本発明のプラズマ処理装置の中部に設置されて使用されるものである。
【００３５】
図２は、図１に示す実施の形態に係る試料台の上部の構成の概略を示す一部断面図である。
【００３６】
この試料台１０７の上部は、図２（ａ）に示すように、大きく分けて、アルミニウム製の電極ブロック２０１と、その上方に配置された静電チャック部２０２とで構成されており、その他、図示していないステンレス製のガイド部材、ベース部材、それにセラミックス製の電極カバー等を備えている。この試料台１０７は、例えば１２インチ(直径３００ｍｍ)の半導体ウエハ１０６を対象とした場合、直径が３２０ｍｍで、全体の厚さが２５ｍｍになるように作られている。上記電極ブロック２０１、静電チャック部２０２との間は、微小なすき間で密着させる、あるいは熱伝達用の媒体を供給する等熱の伝達が行われるよう構成されている。
【００３７】
ここで、まず、電極ブロック２０１には、その下面に、図３に示すように、スパイラル(渦巻)状に配置された冷媒流路１１、１２が内径側と外形側に分けて形成してあり、それらの間には、略同心円状の熱伝達を抑制するためのスリット(半径＝９０ｍｍ、幅＝５ｍｍ、高さ(深さ)＝１８ｍｍ)が形成してある。
【００３８】
次に、静電チャック部２０２は、例えば高純度のアルミナセラミックス等の誘電体によって構成された膜を有して、この内側に静電吸着用の電源１０９からの電力が供給されて電圧が印加される電極が配置されている。上記誘電体の膜は、その厚さは０.１ｍｍであるが、この誘電体膜の材質や厚さは、この例に限られたものではなく、例えば合成樹脂の場合は、それに応じて０.１ｍｍから数ｍｍの厚さが選択できる。
【００３９】
そして、この上記静電チャック部２０２には、図２に示すように、ガス源１１５及びガスの圧力調節機１１３、１１４に連通された管路２５８、２５９が設けられており、ガス源からのガスが圧力調節機１１３及び１１４により所定の圧力に調節されて、試料台１０７表面と試料１０６の裏面との間に導入される。このようにして静電チャック部２０２の誘電体の膜表面と半導体ウエハ１０６との間隙に、ガス導入孔から伝熱用のＨｅガスが導入されるようにしてある。
【００４０】
図２（ａ）において、静電チャック部２０２の上面には複数のリング状の凸部２６１および２６２が形成されている。静電チャック２０２の上面にウエハ１０６が吸着された時には、図２（ｂ）に示すように、リング状の凸部２６１および２６２の上面は半導体ウエハ１０６に裏面に密着し、それぞれ独立した間隙２７１および２７２を形成する。これらの間隙２７１および２７２には、ガス供給孔２８１および２８２から、それぞれ独立した所定圧力の熱伝達用ガスが供給される。この熱伝達用ガスの圧力すなわち裏面圧力を制御することにより、半導体ウエハ１０６の温度を制御する。
【００４１】
また、図２（ａ）において、静電チャック部２０２上面には凸部２６３が形成されている。各凸部の高さは、０．１μｍ〜１０μｍ程度である。これらの凸部２６３は、その上部が半導体ウエハ１０６の裏面に接触することにより、吸着力を発生するように形成されている。したがって、リング状の凸部２６１、２６２、および吸着用の凸部２６３の上面は、実質上ほぼ同一の高さを有するように構成されている。なお、作図の都合上、これらの凸部の高さを半導体ウエハ１０６の厚さと同等に描いたが、静電チャック２０２の実際においては、半導体ウエハ１０６の厚さに対して凸部の高さは格段に低い。
【００４２】
このように、静電チャック部２０２とウエハ１０６の実質的な接触部分の面積を、静電チャック部２０２上面の面積より小さくした目的は、静電吸着の際にウエハ裏面に付着する異物の量を低減すると同時に、裏面圧力を均一化するためである。ただし、一般的にウエハ吸着力は静電チャックとウエハの実質的な接触面積に比例するため、適切に選択する必要がある。また、リング状の凸部２６１および２６２を設けた理由は裏面圧力を部分的に制御するためであり、詳細は後述する。
【００４３】
さらに、本実施例では、吸着用の凸部２６３の平面形状は円としたが、この形状は吸着力が確保できればどのような平面形状でも良い。例えば、静電チャック２３１の上面を、ミクロ的には所定の面粗さを有するが、マクロ的には単一の平面と見なせる面とし、リング状の凸部に相当する部分のみ面粗さを小さくすることでも本発明の目的は達成される。
【００４４】
また、電極ブロック２０１の内側には、冷媒供給ユニット５１、５１からの冷媒が通流する冷媒流路１１、１２が配置されており、これらの流路１１、１２を流れる冷媒の流量、温度はそれぞれが独立に冷媒供給ユニット５１、５２において調節され、電極ブロック２０１の内側の温度分布が形成され、調節される。これにより、電極ブロック２０１の温度の分布が上方に配置された静電チャック部２０２の温度の分布によって影響を受け、静電チャック部２０２に保持される半導体ウエハ１０６の温度分布を電極ブロック２０１の温度分布により調節可能に構成されている。
【００４５】
図３に示すように、電極ブロック２０１の各冷媒流路１１、１２には、夫々、冷媒(又は熱媒)の導入部１１Ａ、１２Ａと、排出部１１Ｂ、１２Ｂが設けてあり、これにより、各冷媒流路１１、１２は、温度制御用の冷媒を通流させるための互いに独立した熱媒流通路として働かせることができるように構成してある。
【００４６】
そして、各冷媒流路１１、１２の導入部１１Ａ、１２Ａと排出部１１Ｂ、１２Ｂには、各々独立した冷媒供給ユニット５１、５２に接続され、夫々に循環させるべき冷媒の流量と温度の少なくとも一方が個別に調整できるようになっている。
【００４７】
ここで、これらの冷媒流路１１、１２の配列形状としては、図３に示したスパイラル状に限らない。
【００４８】
例えば、図４に示す例は、冷媒流路１１、１２を夫々複数条の同心円状にした場合であり、この場合、冷媒は相互に反対に向かって半円方向に分かれて流れる。これらの例では、冷媒流路１１、１２のいずれにおいても、冷媒が半導体ウエハ１０６の外周側の流路から導入され中央側へ向かって流れて流出するよう構成されており、試料台１０７ひいては半導体ウエハ１０６の外周側の温度を低く、中央側の温度を高く調節し易く構成されている。
【００４９】
上記のように、この実施形態によるプラズマ処理装置は、処理室１０３内に試料台１０７上に、半導体ウエハ１０６を載置して、これを試料台１０７上に静電吸着させるとともに、ガス源１０５から塩素系やフッ素系といった処理用ガスを導入し、発生させたマイクロ波１０１を処理室内の雰囲気に照射し、プラズマを励起させ、ソレノイドコイル１０２で発生させた磁界によりプラズマの分布と密度を制御する。
【００５０】
そして、これと共に、試料台１０７の電極ブロック２０１に直流電圧と高周波が印加され、半導体ウエハ１０６の温度を、上記ヘリウムガスまたは冷媒を供給し温度調節手段を制御して半導体ウエハ１０６の温度調節をしつつ半導体ウエハ１０６表面のエッチングを行う。  
なお、本発明によるプラズマ処理装置の実施形態としては、ここに示したものに限らず、他プラズマ発生手段を用いたプラズマ処理装置でも良い。
【００５１】
次に、この実施形態における静電チャック部２０２を有する試料台１０７の動作について説明する。  
まず、この試料台１０７は、静電チャック部２０２の電極に高電圧を印加することにより誘電体膜において発現されるクーロン力又はジョンソンランベック力により半導体ウエハ１０６を誘電体膜上に吸着させるものであるが、この際の、高電圧の印加する際の電極の構成として、単極型と双極型の２種が考えられている。
【００５２】
単極型は、半導体ウエハ１０６と誘電体膜間に一様な電位を与える方法で、双極型は誘電体膜間に２種以上の電位差を与える方法であるが、この実施形態では、何れの方法でもよい。
【００５３】
吸着後、上記したように、ガス導入孔２５８、２５９から、伝熱用のＨｅガス(通常１０００ｋＰａ程度)が半導体ウエハ１０６と静電チャック部２０２の誘電体膜の間に導入される。そこで、半導体ウエハ１０６の温度は、プラズマからの入熱と、Ｈｅガスが充填された間隙の熱通過率、電極ブロック２０１の熱抵抗、さらに電極ブロック２０１内に循環される冷媒と電極ブロック２０１との熱通過率等の条件によって規定される。
【００５４】
従って、半導体ウエハ１０６温度を制御するには、静電チャック部２０２に対する熱伝達用のガスであるＨｅガスの圧力、あるいは冷媒の温度、冷媒の流量(電極ブロックとの熱通過率が変わる)を変化する機構を設けるか、又はヒーターなどの第２の温度調整機構を設けてやれば良い。
【００５５】
例えば、いま流路用スリット１１、１２の大きさが幅５ｍｍ×高さ１５ｍｍのとき、２０℃の冷媒の流量を２Ｌ／ｍｉｎから４Ｌ／ｍｉｎと２倍にしたとすると、冷媒と電極ブロック１の間の熱通過率は約２００Ｗ／ｍ２Ｋから約４００Ｗ／ｍ２Ｋになるのが確認されている。従って、冷媒の流量を多くすることにより熱通過率が大きくできるので、プラズマからの入熱が多くなっても、電極ブロック１の温度上昇は小さく抑えられることになる。
【００５６】
ところで、一般的な静電吸着電極では、その構造に起因して、プラズマからの入熱が均一であるにも係わらず、半導体ウエハ面内では次のようにして、温度分布が生じてしまう。まず、半導体ウエハと誘電体膜の間に導入されたＨｅガスの圧力は、プラズマ生成中のチャンバー(処理室)内の圧力より高いから、半導体ウエハＷの最外周部からＨｅガスが漏れてしまう。実測では２〜５ｍｌ/ｍｉｎである。
【００５７】
図５は、このときの計算結果の一例で、ここに示すグラフは、Ｈｅガスの漏れ量から求めた半導体ウエハ裏面の圧力分８を示す計算値であり、この図に示すように、半導体ウエハの最外周のＨｅガスの圧力は、プラズマ生成中のチャンバー内の圧力より高いので、半導体ウエハの外周部で急激に低くなる。
【００５８】
次に、図６は、入熱が半導体ウエハの面内で均一な場合の半導体ウエハＷの表面温度を示したもので、この図は、図１に示したプラズマ処理装置を用いてフッ素系のガス(圧力１Ｐａ)を導入した雰囲気中でプラズマを生成し、冷媒の流量を５Ｌ／ｍｉｎ、温度を３５℃とした場合の結果で、横軸は半導体ウエハ中心からの距離、縦軸が半導体ウエハ表面の温度で、○印が測定値で、実線が解析値を示している。
【００５９】
従って、これら図から、半導体ウエハ外周部の表面温度は、Ｈｅガスの圧力が低くなることに起因して、中心部より高くなることが判る。  
次に、半導体ウエハ面内の温度差をΔＴとすると、これは、主に静電吸着電極に印加されている高周波の電力に依存し、例えば１３００Ｗの電力を印加した場合は、約１０℃に達した。
【００６０】
従って、静電吸着電極で半導体ウエハ面内に緩やかな温度分布(例えば中高や外高)を与えるためには、Ｈｅガスの圧力分布を考慮した温度分布制御が必要になる。
【００６１】
ところで、以上は、従来技術も含めて一般的な静電吸着電極の場合であるが、図２（ａ）に示すように、この試料台１０７を構成する電極ブロック２０１に、その中央側部分と外周側部分との間に内側が空間となったスリット２５７等、熱伝達を抑制するための手段を設けて、この熱伝達抑制用のスリット２５７の外周側と中央側とにそれぞれ上記冷媒流路１１、１２を設けても良い。
【００６２】
ここで、熱伝達抑制用スリット２５７は、上記したように、内部は、処理室内の圧力に略等しい圧力の雰囲気で満たされた状態になるか、熱伝達の小さな物質で満たされるか、又は真空に近い状態に保たれて、電極ブロック２０１の内周側と外周側の間で熱が伝達するのを阻害し、両側で大きな温度差の発生を許容する。
【００６３】
更には、このような構成では、その電極ブロック２０１に、この熱伝達抑制用スリット２５７を挟んで、その内周側と外周側で、流路用スリット１１とスリット１２が独立していて、冷媒の流量と温度の少なくとも一方が個別に調整できる。
【００６４】
このように構成することで、電極ブロック２０１内部、ひいては試料台１０７内部の外周と中央側での熱の伝達が抑えられるので、これらの間でより大きな温度差や分布を形成しやすくなり、より短時間で温度を変更して温度分布を作ることができる。
【００６５】
図７は、熱伝達抑制用スリット２５７を電極ブロック１に備えた静電吸着電極Ｓを用い、図６と同じ条件のもとで得られた半導体ウエハＷの温度分布の計測結果の一例で、ここでは中心部の温度を外周部の温度に対して相対的に高くしたい場合を想定しており、ここで試料台１０７（電極ブロック２０１）への高周波電力を１００〜１３００Ｗ、流路１１の冷媒流量を１〜４Ｌ／ｍｉｎ、流路１２の冷媒流量は４〜８Ｌ／ｍｉｎの範囲とした場合のものである。
【００６６】
この図７に示すように、本発明の実施形態として熱伝達抑制用スリット２５７を備えた試料台１０７（電極ブロック２０１）では、半導体ウエハ１０６の表面の最外周部の温度を低く抑えたままで中心部の温度を充分に高くできることが判る。
【００６７】
次に、図８は、このときの静電チャック部２０２（誘電体膜）の表面温度の解析結果で、同図に示すように、この場合も、熱伝達抑制用スリット２５７が設けられていることから、誘電体膜の表面の温度分布が顕著になっていて、いわゆるメリハリの効いた温度分布が得られていることが判り、このとき、温度分布は熱伝達抑制用スリット２５７を境にして大きく変化していることも判る。
【００６８】
ここで、このような試料台１０７では、前述したように、その構造に起因し、Ｈｅガスの圧力が半導体ウエハの最外周部で低くなり、半導体ウエハの最外周部で温度が高くなるのが一般的であり、従って、この実施形態で、半導体ウエハの最外周部の温度を低く抑え、且つ中心部の温度を高くするには、熱伝達抑制用スリット２５７を適正な位置に設ける必要がある。
【００６９】
この実施形態では、例えば上記した直径３００ｍｍの半導体ウエハを対象とした場合の熱伝達抑制用スリット２５７の位置は、中心からの距離を８０〜１２０ｍｍの範囲とすれば良い結果が得られており、これが、半導体ウエハが直径２００ｍｍの場合は、６０〜８０ｍｍの範囲である。
【００７０】
従って、これの結果から、本発明の実施形態による試料台１０７では、電極ブロック２０１の半径の５０〜８０％の範囲に熱伝達抑制用スリット２５７を設けるのが望ましいことが判る。  
ここで、通常、プラズマ処理で半導体ウエハに望まれる温度分布は、円周方向では緩やかな中高や外高な分布であり、このため、上記熱伝達抑制用スリット２５７は同心円状に形成するのが望ましい。
【００７１】
一方、この熱伝達抑制用スリット２５７の断面形状は、加工の見地から、矩形や台形などが好適であるが、この場合、重要なのは高さ寸法で、高さが高いほど、すなわち電極ブロック２０１の厚さと同じ寸法になるほど熱伝導を抑制する作用が増大する。但し、このようにして熱伝達抑制用スリット２５７の高さが大きくなると、電極ブロック２０１の剛性が低下するので、この場合は、スリット２５７の途中にリブを設け、電極ブロック２０１の剛性が低下しないようにしても良い。
【００７２】
さらに、上記静電チャック部２０２上に設けられた凸部２６１の位置も、スリット２５７や流路１１、１２の配置位置と同様に、重要である。この凸部２６１の外周側と中央部側（内周）側との熱伝達用のガスの圧力が異なり、熱伝達量が異なるからであり、下方の電極ブロック２０１の熱を半導体ウエハ１０６に伝達して（あるいは、逆に半導体ウエハ１０６の熱を電極ブロック２０１に伝達して）、試料台１０７の温度の分布を半導体ウエハ１０６の温度の分布に、適正に影響させるように配置する必要がある。上記実施例では、熱伝達抑制用スリット２５７の配置と同様に、流路１１、１２の間の上方に位置するように配置されている。
【００７３】
従って、本発明の実施形態によれば、プラズマエッチング中の半導体ウェハ１０６の温度分布を明確に制御でき、この結果、半導体ウェハ１０６の面内で均一な温度にしたり、中高型や外高型など明確な状態の温度分布にしたり、任意に制御することができ、この結果、反応生成物の分布を相殺して、反応性生物のエッチング面への再付着を抑えるプラズマ処理にも容易に対応でき、半導体ウエハ１０６処理の歩留まり向上に大きく寄与することができる。
【００７４】
次に、本発明の上記実施例の変形例を説明する。図９は、本発明の上記実施形態の変形例で、ヒータ１５を電極ブロック２０１内に埋込んだもので、このとき、この変形例では、ヒータ１５は、鋳造技術を用いて電極ブロック２０１の中に鋳込まれている。この場合、ヒータ１５としては、ニクロム線やタングステン線をアルミナなどの絶縁材で被覆してステンレス管や鋼管の中に納めたシーズヒータなどと呼ばれるものが用いられている。
【００７５】
この図では、静電チャック部２０２の形状及び熱伝達用ガスの供給のための構成については略記してあり、図２〜図４に記載の通りの構成と機能を具備しているものである。
【００７６】
また、同様な構造としては、静電チャック部２０２の誘電体膜を多層にして、その中間にタングステン膜を挟んだ、例えばアルミナ／タングステン／アルミナ構成の膜を形成した膜構成のヒータとしも良く、このとき、更にタングステンのヒータを静電吸着電極の電極と兼用した構成にしても良い。
【００７７】
ところで、以上は、電極ブロック２０１内に形成してある熱伝達抑制用スリットが１条の場合の実施形態について示したが、必要に応じて熱伝達抑制用スリットを複数条設けるようにしてもよく、これによれば、更に細かな変化パターンをもった温度分布の実現にも容易に対応することができ、半導体ウエハを任意の温度分布に制御することができる。
【００７８】
ここで、上記した実施形態において、電極ブロック及び静電チャックを備えた試料台を所定の温度分布に制御するにあたっては、電極ブロック内に複数個の温度センサを設ける必要がある。この場合、前述したように、通常、半導体ウエハの最外周部の温度は、半導体ウエハ面内で相対的に高くなる傾向を示すから、温度センサとしては、半導体ウエハの中心から外周部までの間に個別に少なくとも３箇所、設けることにより、中高型、外高型など温度分布をモニタしながら制御できる。
【００７９】
次に、上記実施の形態において、半導体ウエハ１０６上に形成された層状の膜を加工して処理する処理の動作について、図１０ないし図１２を用いて、以下説明する。
【００８０】
図１０は、図１に示すプラズマ処理装置の実施の形態に係る半導体ウエハ表面の膜の構成の一例を示す摸式図である。図１１は、図１０に示す実施例を処理する際の本発明のプラズマ処理装置の運転条件の時間に伴う変化をパターン化したグラフである。図１２は、図１に示すプラズマ処理装置の運転の流れの概略を示す流れ図である。
【００８１】
図１０（ａ）は、マスク３０１の形状に基づいて、基板の下地３０９上に形成された被処理対象の膜である３０２、３０３、３０４を順次、エッチングして処理する行程が行われる、半導体ウエハ１０６の表面である。この半導体ウエハ１０６の表面では、膜３０２と３０３、３０３と３０４とがそれぞれ境界部分を介して（境界を接して）重ねられ積層されている。このような構成の膜について半導体ウエハ１０６の表面上でより均一に近い処理を行うために、ウエハの面内方向についての温度の分布として、最適な温度の分布が上記複数の膜によって異なっている。
【００８２】
例えば、３０２はウエハの中央部が外周部より５℃高い状態が最適な条件の膜である。３０３では２℃、３０４では５℃中央部が外周部よりも高い温度の分布となった状態が、面内方向についてより均一に膜を処理する上で最適な条件となる膜の特質を有している。下地３０９は、基本的には処理が行われない部分である。
【００８３】
一方で、図１０（ｂ）は、マスク３０５の形状に基づいて、基板３０９上に形成された被処理対象の膜である３０６、３０７、３０８を順次、エッチングして処理する行程が行われる、半導体ウエハ１０６の表面である。この半導体ウエハ１０６の表面では、膜３０６と３０７、３０７と３０８とがそれぞれ境界部分を介して（境界を接して）重ねられ積層されている。このような構成の膜について半導体ウエハ１０６の表面上でより均一に近い処理を行うために、ウエハの面内方向についての最適な温度の分布として、３０６はウエハの中央部が外周部より１５℃高い状態が最適な条件の膜である。３０７では１８℃、３０４では１５℃中央部が外周部よりも高い温度の分布となった状態が、面内方向についてより均一に膜を処理する上で最適な条件となる膜の特質を有している。
【００８４】
このような構成の膜を処理する際の、本実施の形態のプラズマ処理装置では、上記試料台１０７の内側に形成された流路１１、１２を通流する冷媒の温度や流量、あるいは、半導体ウエハ１０６と静電チャック部２０２との間でウエハ外周側と中央側とにそれぞれ供給される熱伝達用ガスのそれぞれの圧力を調節して運転される。図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応したこれらの運転の条件の変化を示したグラフである。
【００８５】
本実施の形態では、この際に、重ねられた各膜の処理において求められる半導体ウエハ１０６の温度の分布を実現するための温度の変化を考慮して、上記冷媒の温度や流量、ガスの圧力等が調節される。図１０（ａ）、（ｂ）に対応する図１１（ａ）、（ｂ）にし示す例では、前者が熱伝達用ガスの圧力を変更して半導体ウエハ１０６の温度の分布を調節するのに対し、後者が熱伝達用ガスの圧力とともに冷媒の温度を変更して試料台１０７の温度分布を変更することで半導体ウエハ１０６の温度分布を調節している。
【００８６】
図１１（ａ）では、変更される温度分布の温度差は、膜３０２と３０３との間及び膜３０３と３０４との間で５℃から３℃、３℃から５℃への差である。従って、熱伝達ガスの圧力差を調節することでこのような温度変化を調節できると判断される。そこで、ステップ３０２と３０３、３０４の間で試料台１０７の温度分布を形成するためにより長い時間が係る冷媒の温度、流量の変更による調節は抑えられた（本例では変更されていない）。一方、熱伝達ガスによる調節として、ステップ ３０２から３０３へのプロセスでは、外周側のガス圧力と中央側のガス圧力との差はステップ３０３において大きくされ、ステップ３０３で中央部側の熱伝達量を大きくして、ステップ ３０３において半導体ウエハ１０６の中央側の温度と外周側の温度と差が小さくなるように調節されている。また、ステップ３０３から３０４へのプロセスでは、逆に半導体ウエハ１０６の外周側のガス圧力と中央側のガス圧力との差はステップ ３０４において小さくされ、ステップ３０４では中央部側と外周側との温度差が大きくなるように調節されている。
【００８７】
このような構成により、より短時間で、換言すると処理中の過渡的な温度変化に即応して半導体ウエハ１０６の温度の分布を所望の状態に形成できるので、各膜の処理の間で試料台１０７の温度が所定の値に変更されるまで処理を停止する必要が無く、処理のスループットが向上する。
【００８８】
図１１（ｂ）では、変更される温度の分布の温度差は、膜３０６と３０７との間及び膜３０７と３０８との間の温度差は３℃と１８℃、１８℃と１５℃との差となっている。本実施例のステップ３０６からステップ３０７へのプロセスにおいて、半導体ウエハ１０６の温度分布の変化は、外周側の温度と中央側の温度差が３℃から１８℃と大きくなり、熱伝導ガスの圧力差によって形成できる温度差の範囲を越えてしまう。
【００８９】
そこで、このような温度分布差の大きな変化に対しては、温度調節手段と圧力調節手段とで温度分布の差の変化を迅速に補正する動作を行う。
【００９０】
そのために、まず、ステップ３０７において膜の処理を行う前に、所定の温度の分布が形成されるまで半導体ウエハ１０６の表面の処理を停止する。具体的には処理ガスの供給を停止してプラズマの形成を停止する。その後、所定の温度分布が得られたら、ステップ３０７の処理を開始する。
【００９１】
ステップ３０７からステップ３０８へのプロセスにおいて、半導体ウエハ１０６の温度分布は１５℃から１２℃へと変化している。この場合、熱伝達ガスの圧力差を調節することで温度差を形成して温度分布を実現できると判断され、ステップ３０７、３０８間のプロセスでは半導体ウエハ１０６の外周側のガスの圧力と中央側のガスの圧力との差は大きくされて、ステップ ３０８では半導体ウエハ１０６の中央部側と外周部側との温度差が小さくなるように調節されている。
【００９２】
上記のように、温度分布差の大きな変化に際しては、ガスの圧力を調節して熱伝達の量を変更することによる温度の変動は、冷媒の温度や通流量の変更よりも著しく短い時間で速やかに行われるので、処理ガスの供給を停止する等処理を止めることを抑止し、処理のスループットが向上できる。
【００９３】
この際、図１１（ｂ）において、ステップ３０６と３０７との間で、試料台１０７の温度分布の変更は、試料台１０７の電極ブロック２０１に設けられた冷媒流路１１、１２内を通流する冷媒の温度、流量を調節して電極ブロック側の温度の分布を調節することにより行われる。さらに、熱伝導用ガスの圧力も半導体ウエハ１０６の中央部側を低くして静電チャック部２０２と半導体ウエハ１０６との間の熱伝達の大きさを調節することによっても行われる。これらによって半導体ウエハ１０６の中央部側の温度を上昇させるように、装置の条件を調節している。これは、ステップ３０７で設定される半導体ウエハ１０６の温度の分布の温度差が熱伝達用ガスの圧力差のみでは形成できないほど大きくなるからである。
【００９４】
その後、ステップ３０７、３０８の間では、電極ブロック２０１側の温度の分布は変更せず（すなわち、冷媒流路１１、１２の冷媒を通流させる条件は変更せず）熱伝導用のガスの圧力のみを調節して熱伝達を変更して、半導体ウエハ１０６の温度分布を調節している。これは、ステップ３０８で設定される半導体ウエハ１０６の温度分布における温度差は１５℃であって、半導体ウエハ１０６の外周部側と中央部側とでの熱伝達用ガスの圧力差で形成できる温度差の最大値よりも大きいので、熱伝達用ガスの圧力差のみではこの温度差は実現できないと考えられるが、既にステップ３０７においてこの温度差は１８℃に設定されているので、ここからの温度の変化は３℃であるから、熱伝達用のガスの圧力の調節のみでも実現できる。
【００９５】
すなわち、上記実施の形態では、大きな試料台１０７上あるいはその上に載置され保持される半導体ウエハ１０６の温度を、その基本的な分布は冷媒流路１１、１２を流れる冷媒を調節して形成、維持して、この基本的な温度分布から所定の範囲内の分布差の変更は熱伝達用ガスの圧力を調節するにより実現する。
【００９６】
このようにすることで、熱伝達用ガスの圧力差を形成するために、高圧力や低圧力の領域のようにその圧力値を高い精度で調節するが困難な圧力領域で装置を使用して装置の精度を低下させることが無い。あるいはまた、高精度であっても大きかったりコストのかかるガス圧力調節手段を用いる必要が無く、より高い精度で試料である半導体ウエハ１０６の処理を行うことができる。
【００９７】
このように、複数層の膜構造を有する半導体ウエハを処理する場合、予め、膜構造の情報に基づき、連続して処理される膜間の望ましい温度分布の差が所定値より大きいときは、温度調節手段と圧力調節手段で、温度分布の差の変化を補正する動作を行い、温度分布の差が所定値より小さいときは圧力調節手段で温度分布の変化を補正する動作を行なうようにするのが望ましい。
【００９８】
また、この場合に、熱伝達用のガスの圧力差を大きく付けず、電極ブロック２０１側の温度分布のみで、半導体ウエハ１０６の温度分布を形成しても良く、ステップ３０８では半導体ウエハ１０６の外周部側の圧力を高く変化させてもよい。
【００９９】
さらには、図１１（ｂ）の点線で示すように、温度分布の変化の大きいステップ３０６から３０７へのプロセスにおいて、冷媒による試料台１０７の温度の分布の調節の途中から、熱伝達用ガスの圧力差を形成して、両者を併用して半導体ウエハ１０６の温度分布を形成してステップ３０７の処理を開始し、冷媒による温度分布を形成をステップ３０７開始後も継続して温度差を拡大させるに伴い、熱伝達用ガスの圧力差を小さくなるように調節して、試料台１０７の温度差を形成させてもよい。
【０１００】
本発明は、システムＬＳＩのような多品種少ロット生産する場合に、各ウエハの複数層の膜構造間で望ましい温度差の大きな変化が生ずるような場合に、スループットを大きく向上できる。また、ＤＲＡＭのような１品種多ロット生産する場合のように、同じ処理条件(レシピ)のウエハを連続的に処理する場合を考えると、一枚目のウエハのステップ３０８と二枚目のウエハのステップ３０２の間の温度分布の差も大きい。この場合も、温度変化の大きい場合の一形態として、冷媒と熱伝達用ガスの両者を併用して温度差を補正するようにしても良い。
【０１０１】
このような冷媒の調節と熱伝達用ガスの調節とは、いずれを用いるかあるいはその組合せを用いるかは、処理対象となる半導体ウエハ１０６の上面に形成された膜の処理に求められる条件に拠って異なり、これらの情報に基づいて選択される必要がある。例えば、図１０（ａ）、図１１（ａ）に示す処理の場合には、冷媒による温度の分布の変更は無く熱伝達用のガスの圧力のみを調節するよう、圧力調節手段１１３、１１４、ガス源１１５にその動作をさせる。このような動作の指令は、コントローラ１１８が、予め与えられた情報に基づいて、所定の記憶手段に記憶されたデータから或いは演算によって、条件を算出して動作が必要な機器に発信する。
【０１０２】
例えば、このような半導体ウエハ１０６の表面の膜や必要な処理、及びその条件等についての情報は、半導体ウエハ１０６を収容するカセットやウエハそのものの上に記録或いは記憶させておき、装置に備えられた、半導体ウエハ１０６を収容したカセットやウエハ１０６から読み取る或いはこれらから発信される情報を受信する手段によって行うようにする。このようなコントローラは、装置本体が設置された箇所にある必要はなく、通信手段により通信可能な別の箇所に配置され、同時に複数のプラズマ処理装置の動作を制御するように構成されることができる。
【０１０３】
上記のプラズマ処理装置の動作の流れについて、図１２を用いて説明する。図１２は、図１に示す実施の形態に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示す流れ図である。
【０１０４】
この図において、ステップ１１０１において、装置は、半導体ウエハ１０６を処理する前に上記試料の処理条件に関する情報を取得する。このような情報は、上記のように、ウエハカセットやウエハ自身に記録されていても良い。また、ウエハやカセットから直接取得するのではなく、通信手段によってウエハの情報が供給されるようにしても良い。また、こうした情報は予め複数枚のウエハについて、或いは複数のウエハを収容したカセット毎にまとめて取得しても良い。
【０１０５】
ステップ１１０２では、ステップ１１０１で得られた情報に基づいて、適正な処理の条件を検索する。例えば、通信手段等により接続された記憶手段や記録手段に予め記録或いは記憶されたデータを用いて、コントローラ１１８内に備えられた演算手段により算出される。この際、各条件を数値計算により求めても良く、図１２に記載のように、メモリ１２００に記録、記憶された処理条件のデータから最適な処理条件を選択しても良い。
【０１０６】
次に、ステップ１１０３で、上記最適の処理条件が検出され、処理対象の膜を処理する処理パターンが求められる。この処理パターンには、例えば、図１０の半導体ウエハ表面の膜の構成例と、それに対応する図１１に示したような温度、圧力制御のパターンの関係のデータも含まれる。
【０１０７】
この際、連続的に処理可能な通常の処理パターンに加えて、中間処理のパターンが必要か否かが、ステップ１１０４において判断される。通常の処理パターンに加えて中間パターンが必要な場合とは、例えば、図１１におけるステップ３０４からステップ３０６の間のように、冷媒温度の変更が間に合わない場合、処理を一次停止し、内外伝熱ガス圧力をあらかじめ決められた中間パターンに従って変更することにより試料温度を所定の温度に制御するものである。これにより、短時間で処理の条件を決定することができるので、温度変化に沿って冷媒温度が変化しつつある時でも処理可能とすることができる。ステップ１１０７、１１０８における中間パターンの検出では、ステップ１１０２、１１０３における処理パターンの検出と同様の動作が行われる。これらの中間パターンのデータは、ステップ１１０２で使用される処理パターンと同じ記憶、記録手段であっても、別の記憶、記録手段であってもよい。なお、冷媒温度の変更が比較的小さい場合のために、処理の停止を伴わなわずに温度差の補正を行なう中間パターンもありうる。
【０１０８】
このようにして検出された処理の条件に基づいて、ステップ１１０５において実際の処理が行われる。
処理が終了後、別のウエハの処理が必要か否かが判断される。必要と判断されるとステップ１１０１に戻り、別のウエハの処理を行う。
【０１０９】
以上の通り、上記実施の形態によれば、試料台において、下方の電極ブロック側の冷媒によりウエハの中央部側と外周部側とで独立して温度を調節可能な温度調節手段と、静電チャック部側でウエハ中央部側と外周部側とでガスによる熱伝達を調節する手段とを備え、求められる半導体ウエハのより温度の分布のより大きな範囲のパターンに、容易にかつ短時間で対応することができる。
【０１１０】
そして、種々の異なった温度分布パターンによる変化に富んだ半導体ウエハの処理が得られることになり、半導体ウエハの性能向上に大きく寄与することができる。
【０１１１】
さらには、上記実施の形態のプラズマ処理装置によれば、半導体ウエハの温度制御を任意に設定でき、且つ均一なエッチングにも容易に対応できるので、半導体素子の歩留まりが大きく向上でき、コストの低減を充分に得ることができる。
【０１１２】
さらに、処理を停止する時間を短くすることができ、半導体の処理のスループットを大きく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明のプラズマ処理装置に係る一実施の形態の構成の概略を示す図である。
【図２】図１に示す実施の形態に係る試料台の上部の構成の概略を示す一部断面図である。
【図３】冷媒流路の配列形状の一例を示す図である。
【図４】冷媒流路の配列形状の他の例を示す図である。
【図５】Ｈｅガスの漏れ量から求めた半導体ウエハ裏面の圧力分を計算で求めた結果の一例を示す図である。
【図６】入熱が半導体ウエハの面内で均一な場合の、半導体ウエハＷの表面温度を示す図である。
【図７】熱伝達抑制用スリットの有無と半導体ウエハの表面の温度との関係を示す図である。
【図８】熱伝達抑制用スリットの有無と静電チャック部（誘電体膜）の表面温度の解析結果を示す図である。
【図９】本発明の試料台の他の実施例を示す図である。
【図１０】図１に示すプラズマ処理装置の実施の形態に係る半導体ウエハ表面の膜の構成の一例を示す摸式図である。
【図１１】図１０に示す実施例を処理する際の、本発明のプラズマ処理装置の運転条件の時間に伴う変化をパターン化したグラフである。ある。
【図１２】図１に示す実施の形態に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示す流れ図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  電極ブロック
１１、１２  流路用スリット
１１Ａ、１２Ａ冷媒(又は熱媒)の導入部
１１Ｂ、１２Ｂ  冷媒(又は熱媒)の排出部
１３  熱伝達抑制用スリット
５１、５２、５３  冷媒供給ユニット
１０１  電磁波
１０３  処理室
１０５  処理ガス源
１０６  半導体ウエハ
１０７  試料台
２０１  電極ブロック(保持ステージ)
２０２  静電チャック部
２５８，２５９  ガス管路
２６１，２６２  リング状凸部
２６３  凸部。
【図１】
2006245621.tif 000003
【図２】
2006245621.tif 000004
【図３】
2006245621.tif 000005
【図４】
2006245621.tif 000006
【図５】
2006245621.tif 000007
【図６】
2006245621.tif 000008
【図７】
2006245621.tif 000009
【図８】
2006245621.tif 000010
【図９】
2006245621.tif 000011
【図１０】
2006245621.tif 000012
【図１１】
2006245621.tif 000013
【図１２】
2006245621.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月19日(2006.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室の内側に配置された試料台上面に試料を載置して、前記処理室内にプラズマを形成してこのプラズマを用いて前記試料の表面に配置された少なくとも１つの膜を処理するプラズマ処理方法であって、
前記試料台が温度調節手段によりその内部の中央側及び外周側の温度を独立に調節されるものであって、
前記試料台上面に前記試料を載置した後にこの試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側及び外周側に異なる圧力の熱伝達ガスを供給しつつ前記膜を処理する第１のステップと、
上記第１のステップの後に前記試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側または外周側に供給する熱伝達ガスの圧力を変えて前記膜を処理する第２のステップとを備えたプラズマ処理方法。
【請求項２】
処理室の内側に配置された試料台上面に試料を載置して、前記処理室内にプラズマを形成してこのプラズマを用いて前記試料の表面に上下に層をなして配置された複数の膜を処理するプラズマ処理方法であって、
前記試料台が温度調節手段によりその内部の中央側及び外周側の温度を独立に調節されるものであって、
前記試料台上面に前記試料を載置した後にこの試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側及び外周側に異なる圧力の熱伝達ガスを供給しつつ前記複数の膜のうちの上方の膜を処理する第１のステップと、
上記ステップの後に前記試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側または外周側に供給する熱伝達ガスの圧力を変えて前記複数の膜のうちの下方の膜を処理する第２のステップとを備えたプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理方法であって、前記温度調節手段が、前記試料台内部の中央側及び外周側に配置された通路の各々に異なる温度の冷媒を通流させて前記試料台の温度の調節を行なうものであり、
前記中央側および外周側で異なる温度に調節された前記試料台上に前記試料を載置して後に、前記第１及び第２のステップを行うプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、
前記試料台の内部の前記中央側及び外周側の温度を維持しつつ第１のステップに続いて前記第２のステップを行うプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、
前記試料台が、前記試料台表面に配置され前記熱伝達ガスが供給される中央側及び外周側の空間を区画するリング状の凸部を備えたものであるプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載のプラズマ処理方法であって、
前記膜の処理前にこの膜の処理の条件の情報を取得して、この情報に基づいて前記試料台内部の前記中央側および外周側の温度を調節した後前記膜の処理を開始するプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマ処理方法であって、
前記処理の条件の情報は、前記膜の処理のステップに応じた前記試料の望ましい温度分布の情報を含み、
前記第１と第２のステップとの前記温度分布の変化が所定値より大きい場合は、前記温度調節手段による前記試料台内部の温度の調節と前記試料と試料台との間の熱伝達ガスの圧力の調節とにより前記試料の温度分布の変化を補正する動作を行い、前記温度分布の差が前記所定値より小さい場合は前記試料と試料台との間の熱伝達ガスの圧力の調節とにより前記試料の温度分布を変化させるプラズマ処理方法。
【請求項８】
請求項２に記載のプラズマ処理方法であって、
前記膜の処理前に前記複数の膜の処理に応じた前記試料の望ましい温度の分布の条件の情報含む前記処理の条件を取得して、この情報に基づいて前記試料台内部の前記中央側および外周側の温度を調節した後前記第１のステップを開始するものであり、
前記第１と第２のステップとの前記温度分布の変化が所定値より大きい場合は、前記温度調節手段による前記試料台内部の温度の調節と前記試料と試料台との間の熱伝達ガスの圧力の調節とにより前記試料の温度分布の変化を補正する動作を行い、前記温度分布の差が前記所定値より小さい場合は前記試料と試料台との間の熱伝達ガスの圧力の調節とにより前記試料の温度分布を変化させるプラズマ処理方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の目的は、温度制御性に優れ、かつ、スループットを向上させたプラズマ処理方法を提供することにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の他の目的は、被処理物の大面積化に対応し、かつ、加工寸法精度の向上及びスループット向上を図ったプラズマ処理方法を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記目的は、処理室の内側に配置された試料台上面に試料を載置して、前記処理室内にプラズマを形成してこのプラズマを用いて前記試料の表面に配置された少なくとも１つの膜を処理するプラズマ処理方法であって、前記試料台が温度調節手段によりその内部の中央側及び外周側の温度を独立に調節されるものであって、前記試料台上面に前記試料を載置した後にこの試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側及び外周側に異なる圧力の熱伝達ガスを供給しつつ前記膜を処理する第１のステップと、上記第１のステップの後に前記試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側または外周側に供給する熱伝達ガスの圧力を変えて前記膜を処理する第２のステップとを備えたプラズマ処理方法により達成される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、処理室の内側に配置された試料台上面に試料を載置して、前記処理室内にプラズマを形成してこのプラズマを用いて前記試料の表面に上下に層をなして配置された複数の膜を処理するプラズマ処理方法であって、前記試料台が温度調節手段によりその内部の中央側及び外周側の温度を独立に調節されるものであって、前記試料台上面に前記試料を載置した後にこの試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側及び外周側に異なる圧力の熱伝達ガスを供給しつつ前記複数の膜のうちの上方の膜を処理する第１のステップと、上記ステップの後に前記試料と試料台上面との間の空間の前記試料中央側または外周側に供給する熱伝達ガスの圧力を変えて前記複数の膜のうちの下方の膜を処理する第２のステップとを備えたプラズマ処理方法により達成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、前記温度調節手段が、前記試料台内部の中央側及び外周側に配置された通路の各々に異なる温度の冷媒を通流させて前記試料台の温度の調節を行なうものであり、前記中央側および外周側で異なる温度に調節された前記試料台上に前記試料を載置して後に、前記第１及び第２のステップを行うプラズマ処理方法により達成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、前記試料台の内部の前記中央側及び外周側の温度を維持しつつ第１のステップに続いて前記第２のステップを行うプラズマ処理方法により達成される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
さらに、前記膜の処理前にこの膜の処理の条件の情報を取得して、この情報に基づいて前記試料台内部の前記中央側および外周側の温度を調節した後前記膜の処理を開始するプラズマ処理方法により達成される。
により達成される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明によれば、より高いスループットを実現できるプラズマ処理装置を提供できる。また、被処理物の大面積化に対応し、かつ、加工寸法精度の向上及びスループット向上を図ったプラズマ処理方法を提供することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明によれば、より高いスループットを実現できるプラズマ処理装置を提供できる。また、被処理物の大面積化に対応し、かつ、加工寸法精度の向上及びスループット向上を図ったプラズマ処理方法を提供することができる。